背景

“王者榮耀”是一款國民級手機(jī)游戲，用戶體量巨大，而且一直保持著較高的更新頻率。這種業(yè)務(wù)場景下，突發(fā)也變得非常頻繁，然而業(yè)務(wù)體驗是至關(guān)重要的，使用 CDN 必不可少。類似地，經(jīng)常有帶寬突發(fā)的場景，比如新聞爆點(diǎn)視頻、大型直播活動、熱門影視劇上線、熱門游戲等應(yīng)用發(fā)布。同時，由于家庭帶寬和移動網(wǎng)絡(luò)的快速升級，突發(fā)帶寬量級越來越大，經(jīng)常達(dá)到 Tb 級，甚至 10Tb 。如何快速、低成本地保障業(yè)務(wù)突發(fā)，成為 CDN 的一大挑戰(zhàn)。

2007 年，騰訊自建 CDN 啟用，接入了***個業(yè)務(wù)騰訊網(wǎng)。到現(xiàn)在 CDN 帶寬量級，從最早的數(shù)十 Gb，發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)十 Tb；單業(yè)務(wù)的帶寬也越來越大，大部分業(yè)務(wù)常量帶寬在幾百 Gb，部分突發(fā)業(yè)務(wù)達(dá)到了 10Tb。網(wǎng)絡(luò)的快速升級，移動用戶爆發(fā)式增長，以及視頻類業(yè)務(wù)包括點(diǎn)播和直播的興起，使得業(yè)務(wù)突發(fā)越來越頻繁，突發(fā)帶寬越來越高，對CDN的要求也越來越高。

自建 CDN 得益于騰訊業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，先后支持了游戲下載、流媒體視頻加速、春節(jié)紅包等騰訊內(nèi)部業(yè)務(wù)；2014 年騰訊將 CDN 全面能力開放，成為 騰訊云 CDN 產(chǎn)品，除承載內(nèi)部業(yè)務(wù)外，也開始接入第三方客戶，比如快手點(diǎn)播、斗魚直播等。以上各種業(yè)務(wù)都有突發(fā)場景，也有很強(qiáng)的成本訴求，在如何低成本地保障業(yè)務(wù)突發(fā)，騰訊 CDN 積累了豐富的經(jīng)驗。接下來就挑戰(zhàn)和問題、解決方案、效果三個方面來解析。

一、挑戰(zhàn)和問題

下面將從業(yè)務(wù)特點(diǎn)開始，分析目前存在的挑戰(zhàn)和問題。

1、 業(yè)務(wù)特點(diǎn)和挑戰(zhàn)

CDN 多樣化的場景，注定了突發(fā)業(yè)務(wù)充滿挑戰(zhàn)。突發(fā)業(yè)務(wù)具有體量大、場景多樣化、 無規(guī)律等特點(diǎn)。

1. 體量大：突發(fā)業(yè)務(wù)帶寬大部分都超過 Tb，部分甚至達(dá)到了 10T ；
2. 場景多樣化：點(diǎn)播中的熱劇和新聞爆點(diǎn)；直播中的 LOL／KPL／DOTA2 等游戲直播，NBA／世界杯等體育直播，演唱會等綜藝直播；應(yīng)用下載中的王者榮耀等游戲下載；靜態(tài)網(wǎng)頁加速中的紅包活動、電商促銷等；
3. 無規(guī)律：部分突發(fā)活動無法預(yù)知，活動快要開始或已經(jīng)開始了才知道，比如新聞爆點(diǎn)。

體量大，需要準(zhǔn)備更多的資源；場景多樣化，需要滿足不同的資源需求；無規(guī)律性則對我們的擴(kuò)容效率提了很高的要求。

2、 目前存在的問題

僅僅為了滿足業(yè)務(wù)突發(fā)需求而儲備大量的資源，成本太高，會造成資源極大的浪費(fèi)。所以一般會通過復(fù)用資源來應(yīng)對業(yè)務(wù)突發(fā)。但是直接復(fù)用資源，存在兩個問題：

1. 只能復(fù)用部分資源：CDN 業(yè)務(wù)，一般按業(yè)務(wù)類型來區(qū)分平臺和資源使用，主要原因是不同業(yè)務(wù)類型對資源需求不同，比如點(diǎn)播類需要更多的存儲；有較多 https 請求的靜態(tài)頁面類，則需要更多 CPU 資源。這種限制使得資源無法充分利用，加大了資源準(zhǔn)備的難度。比如視頻突發(fā)主要使用視頻 Buffer，而下載類和網(wǎng)頁類 Buffer 無法直接使用，這限制了 Buffer 的大小。即使復(fù)用同類型資源，因為涉及多個業(yè)務(wù)資源的協(xié)調(diào)，準(zhǔn)備時間一般會超過兩天，無法應(yīng)對臨時突發(fā)；
2. 無法降低成本：另外針對部分突發(fā)業(yè)務(wù)，比如游戲應(yīng)用下載，帶寬高峰期在上午和中午，如果只使用本平臺資源，會導(dǎo)致結(jié)算帶寬明顯上漲，從而增加成本。無法利用同其他業(yè)務(wù)錯峰的特點(diǎn)來降低結(jié)算帶寬。

二、解決方案

騰訊云 CDN 通過虛擬化復(fù)用現(xiàn)有資源，搭建全業(yè)務(wù)通用的突發(fā)池，所有平臺共享 Buffer。 突發(fā)池中的設(shè)備為 Docker 虛擬機(jī)，虛擬機(jī)有不同的規(guī)格，只要業(yè)務(wù)有需求，都可以按需使用。突發(fā)池中的帶寬儲備達(dá)到了 10Tb，基本能滿足所有業(yè)務(wù)突發(fā)需求 。任何業(yè)務(wù)有突發(fā)需求，配合自動化上架接口，可在 10 分鐘完成 10Tb 突發(fā)池的擴(kuò)容。

1、 突發(fā)池系統(tǒng)架構(gòu)

突發(fā)池系統(tǒng)架構(gòu)見圖 1

圖 1 突發(fā)池系統(tǒng)架構(gòu)

1. 突發(fā)池：在各平臺物理機(jī)的上層，由 Docker 虛擬機(jī)組成的資源池，對 CPU/內(nèi)存/磁盤等使用進(jìn)行了限制，防止對物理機(jī)造成影響。原有業(yè)務(wù)依然部署在物理機(jī)上，不用調(diào)整。
2. 自動化部署和監(jiān)控系統(tǒng)： 能根據(jù)業(yè)務(wù)實際需求，自動預(yù)測需求并擴(kuò)容 。所有的突發(fā)需求，都能在 10 分鐘內(nèi)擴(kuò)容完成。針對點(diǎn)播/下載業(yè)務(wù)，自動分發(fā)熱點(diǎn)文件，降低回源帶寬。
3. 調(diào)度系統(tǒng)：突發(fā)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和體量大兩個特點(diǎn)，使得相比域名調(diào)度系統(tǒng)，直通車更占優(yōu)勢。直通車調(diào)度更靈活，生效時間快，能達(dá)到分鐘級。

虛擬機(jī)和物理機(jī)部署了上報 Agent，業(yè)務(wù)信息和服務(wù)器負(fù)載每分鐘都會上報到監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)會根據(jù)歷史帶寬預(yù)測一個值，并與當(dāng)前帶寬比較，如果當(dāng)前帶寬超過預(yù)測值的 50%，則認(rèn)為有突發(fā)。根據(jù)帶寬上漲的比例，系統(tǒng)會自動從突發(fā)池中擴(kuò)容相應(yīng)數(shù)據(jù)的設(shè)備。針對提前準(zhǔn)備的突發(fā)活動，運(yùn)維可以指定帶寬需求量，之后系統(tǒng)便會自動計算設(shè)備需求并擴(kuò)容。

分鐘粒度上報的服務(wù)器負(fù)載信息則為監(jiān)控系統(tǒng)做調(diào)度決策提供了依據(jù)。系統(tǒng)會依據(jù)機(jī)房剩余帶寬、服務(wù)器帶寬、CPU、IO 等綜合信息決定虛擬機(jī)是否需要從直通車中啟用或者禁用。用戶訪問時先請求直通車調(diào)度系統(tǒng)，直通車會根據(jù)調(diào)度策略返回一個 302 地址，302 地址中為實際 CDN 資源地址。用戶跳轉(zhuǎn)到 302 地址，并獲取實際內(nèi)容。

2、技術(shù)優(yōu)化

使用虛擬化技術(shù)復(fù)用資源的重要前提是，不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)。這就要求對資源有充分的隔離，比如 CPU／磁盤，以及對帶寬的使用。下面是實現(xiàn)過程中存在的幾個問題及解決方案：

精準(zhǔn)控制單機(jī)負(fù)載：負(fù)載過高會影響業(yè)務(wù)質(zhì)量，需要對單機(jī)負(fù)載進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。

解決方案：

1. 配額系統(tǒng)：直通車中有配額系統(tǒng)，對每個虛擬機(jī)可使用的資源做了限制，包括CPU／IO 和帶寬。監(jiān)控系統(tǒng)中上報的信息，結(jié)合配額系統(tǒng)，可以確保服務(wù)器負(fù)載被限定在制定的范圍內(nèi)，粒度為分鐘級。
2. 部分請求返回 302：對 CPU／帶寬／IO 等做了限制后，應(yīng)用程序能根據(jù)母機(jī)當(dāng)前負(fù)載，實時判斷是否處理一個請求。如果負(fù)載在限制范圍內(nèi)，直接處理；如果負(fù)載超出限制，則返回 302，使用戶跳轉(zhuǎn)到直通車的調(diào)度地址，這樣能在盡量不影響業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況對負(fù)載做精準(zhǔn)控制。程序?qū)用鎸ω?fù)載的實時控制，是配額系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。
3. 網(wǎng)卡流量控制：在極端情況下，業(yè)務(wù)帶寬超過設(shè)定閾值，這時虛擬網(wǎng)卡會主動丟包，避免對母機(jī)造成影響。

限制磁盤大小：Docker 在 ext3/ext4 文件系統(tǒng)中無法對文件／目錄級別進(jìn)行磁盤大小限制。

解決方案：

• 由于騰訊云 CDN 業(yè)務(wù)基本都是使用 ext3/ext4 文件系統(tǒng)，這種情況下 Docker 只能對根據(jù)用戶或用戶組對磁盤進(jìn)行限制，但現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)都是直接在 root 環(huán)境下使用。這里我們使用 loop device 來解決磁盤大小限制問題。虛擬機(jī)中突發(fā)業(yè)務(wù)使用掛載在 loop device 上的目錄，這樣就可以間接限制磁盤大小，防止使用太多磁盤影響其他業(yè)務(wù)。

CPU綁定：默認(rèn)是綁定所有 CPU，部分單 CPU 負(fù)載高會影響母機(jī)業(yè)務(wù)。

解決方案：

• 通過腳本每分鐘采集一次系統(tǒng)所有單CPU負(fù)載，為避免頻繁調(diào)整和受毛刺數(shù)據(jù)影響，取15分鐘的均值。***選取負(fù)載較低的部分核，并通過配置文件cpuset.cpus來動態(tài)綁定，將虛擬機(jī)對母機(jī)業(yè)務(wù)影響降低到最小，并且能充分利用資源。

效果

突發(fā)池上線后，高效支持了王者榮耀下載、NBA 直播、KPL/LPL 游戲直播等多次大型突發(fā)活動，節(jié)約成本 2000萬。通過共享 buffer，搭建突發(fā)池能顯著提高突發(fā)能力和降低成本。

總結(jié)

騰訊云 CDN 通過 Docker 技術(shù)復(fù)用資源，搭建 Tb 級別突發(fā)池，能支持直播、點(diǎn)播、靜態(tài)等各種業(yè)務(wù)突發(fā)，能自動檢測到業(yè)務(wù)突發(fā)需求并在 10 分鐘內(nèi)完成資源擴(kuò)容，具有發(fā)布快，成本低等特點(diǎn)。資源復(fù)用能提高資源利用率，為業(yè)務(wù)提供極大的突發(fā)池，但要注意復(fù)用業(yè)務(wù)之間不能相互影響，這需要對服務(wù)器進(jìn)行實時的監(jiān)控和及時的調(diào)度。

另外還有一些待改進(jìn)的地方，比如內(nèi)核參數(shù)基于容器隔離，方便不同業(yè)務(wù)調(diào)優(yōu)；部分業(yè)務(wù)客戶端不支持 302 跳轉(zhuǎn)，調(diào)度系統(tǒng)需要支持域名調(diào)度方式。